响应面优化薰衣草精油的提取工艺及其抗氧化性能研究

高晓敏 龙旭 罗凤

摘      要：本研究对薰衣草精油的提取工艺进行优化并考察其抗氧化性能。通过响应面优化了料液比、浸泡时间、提取时间等参数。当料液比为1∶7、浸泡时间1.0 h，提取时间3.0 h时，薰衣草精油的提取率最高，为1.18%。薰衣草精油具有一定的抗氧化性，且对质量浓度有一定的依赖作用，精油量为100 mg·mL-1时，自由基清除率最佳，为70.33%。

关  键  词：薰衣草;精油;抗氧化;响应面法

中图分类号：O 644.3        文献标识码： A      文章编号：1671-0460（2020）10-2186-05

Abstract： The extraction process of lavender essential oil was optimized and the antioxidant properties were studied. The response surface method was used to optimize the parameters including the ratio of material to liquid， soaking time and extraction time. The optimum conditions were obtained as follows： the material-liquid ratio 1∶7， the soaking time 1.0 h， and the extraction time 3.0 h. Under above conditions， the extraction rate of lavender essential oil was the highest， 1.18%.The results of antioxidant activities of lavender essential oil showed that the concentration affected the antioxidant activity markedly. When the essential oil concentration was 100 mg·mL-1， the optimal free radical scavenging rate was 70.33%.

Key words： Lavender; essential oil; antioxidant; response surface method

薰衣草为唇形科薰衣草属半耐热性植物，喜凉爽，现在我国新疆伊犁地区大面积种植 [1-4]。薰衣草的茎、叶、花全株都呈现浓郁的香味，没有刺激感和毒副作用，薰衣草富含精油、香豆素、单宁、类黄酮、类多酚等化学成分，被广泛应用于医药、化妆、洗涤和食品等领域[5-6]。薰衣草精油具有抗氧化性、镇定、松弛平滑肌、抗凝血、抗狂躁、驱虫、抗真菌、镇静催眠和抗焦虑等功效[2， 7-10]。因此，本研究采用薰衣草花朵作为原料，考察提取工艺参数，利用响应面法对薰衣草精油的最佳提取工艺参数进行优化，最后考察其体外抗氧化性能，为薰衣草资源的开发利用提供理论依据。

1  实验部分

1.1  试剂与仪器

1.1.1  试剂

薰衣草花，药材市场购买;无水乙醇，AR，重庆茂业化学试剂有限公司;氯化钠，AR，重庆茂业化学试剂有限公司，无水硫酸钠，AR，重庆茂业化学试剂有限公司;1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH），分析纯，Sigma-Aldrich公司。

1.1.2  仪器

恒温磁力搅拌器（IKA C-MAG HS7），紫外-可见分光光度计（日本岛津），电热鼓风干燥箱（天津中环），粉碎机（A10 basic），电子天平（JM-B10002，诸暨市超泽衡器设备有限公司），循环水多用真空泵（SHB-III）。

1.2  步骤及表征

1.2.1  薰衣草精油水蒸气蒸馏提取

将原料薰衣草干花置于电热鼓风干燥箱中于30 ℃干燥24 h，粉碎过20目（0.830 mm）筛备用。提取流程如下：薰衣草干花→粉碎→过20目筛→称量→浸泡→提取→收集精油→称量→记录。

称取一定量的薰衣草干花粉末置于500 mL三颈烧瓶中，加入适量二次蒸馏水，浸泡一段时间，于100 ℃条件下回流一段时间，获得蒸馏液。转入分液漏斗中加入2.0 g氯化钠促进油水分离，静置24 h，加入适量无水硫酸钠对其进行干燥处理，纯化后称重，并用下式计算薰衣草精油的提取率：

精油提取率="精油质量（g）" /"原料质量（g）" ×100%  。

1.2.2  薰衣草精油最佳提取工艺参数的考察

1）最佳料液比的确定。准确称取40.0 g薰衣草干花细粉于500 mL三颈烧瓶中，分别按不同料液比（1∶6、1∶7、1∶8和1∶9）加入二次蒸馏水，室温密闭浸泡1.0 h，在100 ℃條件下回流3.0 h，获得薰衣草蒸馏液。将薰衣草蒸馏液转至250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化钠，静置24 h待分层后，分离出上层微黄色油状物，加入1.0 g无水硫酸钠，待无水硫酸钠结成大块后将其过滤，得纯净薰衣草精油，最后称重。

2）最佳浸泡时间。准确称取40.0 g薰衣草干花细粉于500 mL三颈烧瓶中，按料液比为1∶7加入二次蒸馏水，室温分别密闭浸泡不同时间（0、0.5、1.0、1.5、2.0 h），在100 ℃条件下回流3.0 h，获得薰衣草蒸馏液。将薰衣草蒸馏液转入250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化钠，静置24 h待分层后，分离出上层微黄色油状物，加入1.0 g无水硫酸钠，待无水硫酸钠结成大块后将其过滤，得纯净薰衣草精油，最后称重。

3）最佳提取时间。准确称取40.0 g薰衣草干花细粉于500 mL三颈烧瓶中，按料液比为1∶7加入二次蒸馏水，室温密闭浸泡1.0 h后在100 ℃条件下分别回流不同时间（2.5 h、3.0 h、3.5 h和4.0 h），获得薰衣草蒸馏液。将薰衣草蒸馏液转入250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化钠，静置24 h待分层后，分离出上层微黄色油状物，加入1.0 g无水硫酸钠，待无水硫酸钠结成大块后将其过滤，得纯净薰衣草精油，最后称重。

1.2.3  抗氧化研究

采用薰衣草精油清除DPPH·自由基能力来研究其抗氧化活性。将薰衣草精油试样配置成系列不同质量浓度的溶液，考察精油质量浓度变化对DPPH·自由基的清除率的影响规律。分别以质量浓度和DPPH·自由基清除率作为横坐标和纵坐标作图，获得薰衣草精油质量浓度与自由基清除率的关系图谱。于516 nm波长下，通过测定吸光度值的变化，对薰衣草精油抗氧化活性的稳定性进行研究。

准确移取2.00 mL浓度为0.65 mmol·L-1的DPPH·储备液，置于100 mL容量瓶中，用无水乙醇稀释并定容，摇匀备用，溶液浓度为0.065 mmol·L-1。移取上述DPPH?溶液2.00 mL于离心管中，再加入2.00 mL无水乙醇在516 nm处测定吸光度[11]，可得A0;分别移取浓度为0.065 mmol·L-1的DPPH?溶液2.00 mL于7支10 mL离心管中[11]，依次加入质量浓度为10、20、30、40、60、80、100 mg·mL-1的薰衣草精油无水乙醇溶液2.00 mL，静置30 min后测定吸光度可得Ai;分别移取不同质量浓度的薰衣草精油溶液于7支离心管中再加入2.00 mL无水乙醇，在516 nm处测得吸光度，可得Aj。每一吸光度值平行测3次，取其平均值。样品溶液对DPPH?自由基的清除能力按下式计算：

DPPH清除率（%）=（1-（A_i-A_j）/A_0 ）×100% 。

2  结果与讨论

2.1  料液比对薰衣草精油提取率的影响

料液比变化对薰衣草精油提取率的影响趋势结果如图1所示。二次蒸馏水与原料薰衣草颗粒的充分接触，促使精油类有效物质被充分转移至溶剂中，所以精油提取率逐步增加[11]。但当料液比超过1∶7后，溶剂水用量提高，薰衣草粉在水中所占比例减少，后处理过程中精油损失增加，导致精油提取率略有所下降。因此，最佳料液比应控制为1∶7。

2.2  浸泡时间对薰衣草精油提取率的影响

薰衣草精油提取率随着浸泡时间的变化趋势如图2所示。浸泡时间延长，薰衣草精油提取率呈现上升趋势，当浸泡时间达到1.0 h时，提取率最大。但当浸泡时间超过1.0 h后，精油提取率反而呈现下降趋势。这是由于在浸泡过程中，水分子逐步向薰衣草中进行扩散，并以其作为载体将精油逐步扩散到其表面，因此，随着浸泡时间越长，扩散越完全，提取的精油含量就越高[12]。但若浸泡时间过长，薰衣草中的部分精油挥发，提取率反而会有所下降。因此，最佳浸泡时间为1.0 h。

2.3  提取时间对薰衣草精油提取率的影响

图3为提取时间长短对精油提取率的影响规律。精油提取率随着提取时间延长，先增大后减小，当提取时间为3.0 h时，精油提取率最大。随着提取时间的增长，溶剂水将干燥的薰衣草颗粒充分浸润后并将有效成分溶解出来，使精油的提取率逐步增加。但在有效成分扩散完成的前提下，当提取时间过长，反而会导致精油中的有效成分挥发损失而降低总的提取率[11]。综合考虑提取时间为3.0 h最好。

2.4  响应面法实验设计方案及结果

综合考虑薰衣草精油提取过程中的工艺参数：料液比（A），浸泡时间（B），提取时间（C）对精油提取率的影响，根据Box-Behnken的设计原理，设计了3个因素，每个因素3个水平，见表1。响应面实验方案及结果如表2所示。

以精油提取率作为因变量，采用Design-Expert软件对各因素进行拟合，得到二次回归方程：     Y = 1.17 + 0.057 6A + 0.100 7B + 0.046 8C-   0.025 3AB + 0.145 3AC + 0.071 5BC - 0.172 3A 2 - 0.114 1B 2 - 0.284 1C 2，R 2 =0.994 5。方差分析如表3所示。模型P值小于0.000 1，说明二次回归方程显著性高，模型与实验实际拟合度良好，实验误差相对较小，能较好地反映出精油收率与料液比、浸泡时间和提取时间之间的关系。二次项中除料液比与浸泡时间的交互作用不显著外（P>0.05），其他作用均显著。根据F值大小可知，影响精油收率的优先条件为浸泡时间（B）>料液比（A）>提取时间（C）。

采用Design-Expert软件拟合分析2个自变量的交互作用对薰衣草精油收率影响的三维响应面图，如图4所示。等高线的形状反映出交互效应的强弱，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则表示两因素交互作用较弱[13]。由图4可知，料液比与提取时间交互效应显著，浸泡时间与提取时间交互效应显著，料液比与浸泡时间交互效应较弱。经Design-Expert软件分析回归模型的精油的最优提取条件为料液比0.145 g·mL-1，浸泡时间1.232 h，提取时间3.078 h，在此条件下精油提取率为1.188%。

2.5  验证试验

结合软件拟合结果和实验操作条件，确定薰衣草精油的最優提取工艺参数为料液比为1∶7，浸泡1 h，提取3 h，重复提取3次，薰衣草精油提取率为1.16%，相对平均偏差为0.57%，RSD为0.61%，说明基于Box-Behnken实验设计获得的最佳提取工艺参数可靠，具有实用价值。

2.6  薰衣草精油的抗氧化性能

图5为薰衣草质量浓度变化对其抗氧化性能的影响规律。从图可知，精油质量浓度对DPPH·自由基的清除率影响较大。DPPH·是一种很稳定的以氮为中心的自由基，其中的N原子可氧化H质子从而使颜色变浅，吸光度降低，是评价天然产物抗氧化剂清除DPPH·自由基活性的重要指标之一。从图5可知，薰衣草精油对DPPH·自由基有一定的清除活力，随着精油质量浓度的增加，抗自由基活性持续升高，这说明精油质量浓度和抗氧化性能之间具有明显的质量浓度依赖效应，当质量浓度达到     100 mg·mL-1时，自由基清除率可达到70.33%。

3  结束语

基于薰衣草的药用价值，以薰衣草干花作为原料，考察料液比、浸泡时间和提取时间对精油提取率的影响规律。通过响应面法建立薰衣草精油水提法的二次多项式数学模型，考察了提取工艺参数之间的交互作用，获得最佳提取工艺参数。利用清除DPPH·自由基法考察薰衣草精油的抗氧化性能，结果表明，薰衣草精油具备明显的抗氧化性能，为薰衣草产品的进一步开发提供理论依据。

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